卫星气象学 第四章卫星云图资料的接收和处理
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为了识别地面目标物的细微特征，卫星探测空间分辨率要高，这 就要求卫星观测时的瞬时视场要小，但这样一来，进入卫星仪器的辐 射能减小，可能造成探测仪器没有响应，不能达到探测目的。因此，
为了提高空间分辨率，要提高仪器的灵敏度。对一定仪器的探 测灵敏度瞬时视场不能任意地小。一般VIS波段的辐射能远大 于IR，因此在同样瞬时视场情况下，在VIS波段探测的空间分 辨率大于IR波段探测的空间分辨率。
(, )
光谱响应函数通常是规一化的，即
(,)d 1 0
如果入射到卫星仪器的辐射为L（），考虑仪器 的光谱响应，则对卫星仪器的探测器有响应辐射为
L() (, )L()d 0
式中L（）是仪器的探测器对入射辐射的响应辐射。
2、等效噪声功率NEP
是指目标物温度的改变而引起投射到探测器的辐射功率的 改变正好等于等效噪声功率的温度差。或是目标物温度的改变引 起的响应正好等于探测器输出端的均方根噪声电压。
4、探测度D和探测灵敏度D
探测度表示每瓦辐射功率所能获得的均方根信号噪声电压比， 它是NEP的倒数。
DBaidu Nhomakorabea1 NEP
探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带宽为1GHZ时的探测度， 即
瞬时视场：从卫星到观测地表面积之间构成的空间立 体角。
像素：卫星从某时刻到观测到的辐射就是与瞬时视场 相应的地表小块面积内所有物体反射或发射的辐 射的总合，这小块面积称做像素。像素是构成云 图的最小单位。
由于卫星的瞬时视场很小， 所以在星下点处地面可分辨面积 的直径与瞬时视场间的关系可近 似写为
d0=hxL
1
D
D(Ad f
1
)2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
5、信噪比 信号与噪声之比，定义为
S E()d
SNE N 0 NEI ()
式中E（）是入射至接收孔径处的光谱辐照度；NEI （）是等效噪声照度。
三、卫星探测的分辨率
1、空间分辨率：是指卫星在某一时刻观测地球的最小面 积。卫星的瞬时视场决定了卫星的空间分辨率。 空间分辨率可以由卫星观测到的最小面积直 径表示，单位为km。 空间分辨率也可以用卫 星的瞬时视场角 表示，单位为弧度。
瞬时视场（IFOV）
IFOV =2tan-1（W/2f）
W/f 地面瞬时视场（GIFOV）
GIFOV =2htan[IFOV/2]
=Wx（W/f）
=W/m 式中m是放大倍数
m=f/h
探测器宽度W 光学系统
瞬时视场 （IFOV）
地面瞬时视场 （GIFOV）
焦距f 图象空间
高度h 大气 地面
瞬时视场观测点面积为△S
二、表征辐射仪的几个参数
1、响应度R和光谱响应函数
响应度R：指每单位输入功率的探测器输出的大小，为输 出信号电压或电流与入射功率之比，写为
R Vs EAd
Vs是输出电压信号，E是辐照度，Ad为探测器的面积。
光谱响应函数：由于卫星是在一定波长间隔内测量，在 这波长间隔内，响应度随波长而变，这种以波 长为函数的辐射响应称之为光谱响应函数，常 表示为
②、空间分辨率与卫星观测视场的关系 卫星高度越高，在同样的瞬时视场下，观测面积大，空间 分辨率下降。 ③、空间分辨率与卫星观测视角的关系 卫星观测视角倾斜，观测面积增大，分辨率降低。
2、温度分辨率或灰度分辨率
在卫星云图上，如果两个相临瞬时视场的反照率或温度相同， 就无法区分它们。但是当这两个相临瞬时视场的反照率或温度有差 异，并达到一定的数值时，这两个视场就能被分辨，这个能分辨两
NE△T1.4k
3、时间分辨率
指卫星对同一地区观测的时间间隔。其与卫星的 扫描速率、扫描区域和选用的卫星轨道有关。
4、空间、灰度/温度、时间分辨率之间的关系
空间分辨率、灰度/温度分辨率、时间分辨率三者 是相互制约的。
低的空间分辨率，即较大的瞬时视场可以换取较 好的灰度/温度分辨率、时间分辨率。
当仪器的瞬时视场和灵敏度一定时，温度分辨率 与仪器的扫描速度有关，仪器的扫描速度慢时，对目 标物停留的时间长，就能接收到更多的辐射能，从而 具有较高的温度分辨率，反之若要提高卫星的观测速 度，必然会牺牲温度分辨率。
S
1
S
COS( )
1
COS (
)
l2 h2
S0
或
S
R2 h2
sin2 sin2 COS (
)
S0
式中
sin1[( R h) sin]
R
S
l2 h2
S0
卫星斜视与正视时的地面分辨率
卫星探测与空间分辨率的关系
①、空间分辨率与卫星观测视场的关系
是指探测器产生的信噪比为1所需的辐射功率，或是投射 到探测器上的辐射，使仪器产生的均方根电压等于探测器本身 均方根噪声电压的辐射功率，即
NEP EAd
Vn
Vs
或是 NEP EAdVn Vs
式中Vn是探测器输出噪声电压的均方根值，它表示了信号与噪 声的关系，当NEP>1，表示信号大于噪声。
3、等效噪声温度差NE△T
第四章 气象卫星资料的接收和处理
当前 卫星 观测 地球 -大 气采 用的 观测 方式
主动 观测 方式
重量重 耗能大
被动 体积小 观测 重量轻 方式 耗能小
气象雷达
非 扫
照相机
描 摄象机
仪
扫 成像辐射仪 描 非成像辐射仪 仪 成像非成像
第一节 卫星观测仪器的基本特征 一、卫星仪器的组成
扫描仪 光学系统 探测器 信号处理和信号输出系统
辐射信息 采集系统
辐射信息收 集转递系统
辐射（光） 电转换系统
电信号处理 和发送系统
扫描 观测 驱动 装置
辐射能收 集的光学 系统，包 括：光栅 ，聚焦装 置等
感应辐射 能，并将 辐射能转 换为电信 号。分量 子、热探 测器两种
对探测 器信号 进行放 大、模 /数转 换等处 理
将处理 好的信 号发送 给天线 或记录 到存储 设备中
个相临目标物的最小反照率差值或温度差称之为灰度分辨率或温 度分辨率。
对于红外波段，通常用等效噪声温度差（NE△T）表示。 如果两个相临瞬时视场的温度差越大，则越容易区分它们， 如卷云、积雨云与地面。
红外云图的分辨率还与目标物的温度有关，如目标物的
温度为300k时，NE△T0.3k，而当目标物的温度为185k时
为了提高空间分辨率，要提高仪器的灵敏度。对一定仪器的探 测灵敏度瞬时视场不能任意地小。一般VIS波段的辐射能远大 于IR，因此在同样瞬时视场情况下，在VIS波段探测的空间分 辨率大于IR波段探测的空间分辨率。
(, )
光谱响应函数通常是规一化的，即
(,)d 1 0
如果入射到卫星仪器的辐射为L（），考虑仪器 的光谱响应，则对卫星仪器的探测器有响应辐射为
L() (, )L()d 0
式中L（）是仪器的探测器对入射辐射的响应辐射。
2、等效噪声功率NEP
是指目标物温度的改变而引起投射到探测器的辐射功率的 改变正好等于等效噪声功率的温度差。或是目标物温度的改变引 起的响应正好等于探测器输出端的均方根噪声电压。
4、探测度D和探测灵敏度D
探测度表示每瓦辐射功率所能获得的均方根信号噪声电压比， 它是NEP的倒数。
DBaidu Nhomakorabea1 NEP
探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带宽为1GHZ时的探测度， 即
瞬时视场：从卫星到观测地表面积之间构成的空间立 体角。
像素：卫星从某时刻到观测到的辐射就是与瞬时视场 相应的地表小块面积内所有物体反射或发射的辐 射的总合，这小块面积称做像素。像素是构成云 图的最小单位。
由于卫星的瞬时视场很小， 所以在星下点处地面可分辨面积 的直径与瞬时视场间的关系可近 似写为
d0=hxL
1
D
D(Ad f
1
)2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
5、信噪比 信号与噪声之比，定义为
S E()d
SNE N 0 NEI ()
式中E（）是入射至接收孔径处的光谱辐照度；NEI （）是等效噪声照度。
三、卫星探测的分辨率
1、空间分辨率：是指卫星在某一时刻观测地球的最小面 积。卫星的瞬时视场决定了卫星的空间分辨率。 空间分辨率可以由卫星观测到的最小面积直 径表示，单位为km。 空间分辨率也可以用卫 星的瞬时视场角 表示，单位为弧度。
瞬时视场（IFOV）
IFOV =2tan-1（W/2f）
W/f 地面瞬时视场（GIFOV）
GIFOV =2htan[IFOV/2]
=Wx（W/f）
=W/m 式中m是放大倍数
m=f/h
探测器宽度W 光学系统
瞬时视场 （IFOV）
地面瞬时视场 （GIFOV）
焦距f 图象空间
高度h 大气 地面
瞬时视场观测点面积为△S
二、表征辐射仪的几个参数
1、响应度R和光谱响应函数
响应度R：指每单位输入功率的探测器输出的大小，为输 出信号电压或电流与入射功率之比，写为
R Vs EAd
Vs是输出电压信号，E是辐照度，Ad为探测器的面积。
光谱响应函数：由于卫星是在一定波长间隔内测量，在 这波长间隔内，响应度随波长而变，这种以波 长为函数的辐射响应称之为光谱响应函数，常 表示为
②、空间分辨率与卫星观测视场的关系 卫星高度越高，在同样的瞬时视场下，观测面积大，空间 分辨率下降。 ③、空间分辨率与卫星观测视角的关系 卫星观测视角倾斜，观测面积增大，分辨率降低。
2、温度分辨率或灰度分辨率
在卫星云图上，如果两个相临瞬时视场的反照率或温度相同， 就无法区分它们。但是当这两个相临瞬时视场的反照率或温度有差 异，并达到一定的数值时，这两个视场就能被分辨，这个能分辨两
NE△T1.4k
3、时间分辨率
指卫星对同一地区观测的时间间隔。其与卫星的 扫描速率、扫描区域和选用的卫星轨道有关。
4、空间、灰度/温度、时间分辨率之间的关系
空间分辨率、灰度/温度分辨率、时间分辨率三者 是相互制约的。
低的空间分辨率，即较大的瞬时视场可以换取较 好的灰度/温度分辨率、时间分辨率。
当仪器的瞬时视场和灵敏度一定时，温度分辨率 与仪器的扫描速度有关，仪器的扫描速度慢时，对目 标物停留的时间长，就能接收到更多的辐射能，从而 具有较高的温度分辨率，反之若要提高卫星的观测速 度，必然会牺牲温度分辨率。
S
1
S
COS( )
1
COS (
)
l2 h2
S0
或
S
R2 h2
sin2 sin2 COS (
)
S0
式中
sin1[( R h) sin]
R
S
l2 h2
S0
卫星斜视与正视时的地面分辨率
卫星探测与空间分辨率的关系
①、空间分辨率与卫星观测视场的关系
是指探测器产生的信噪比为1所需的辐射功率，或是投射 到探测器上的辐射，使仪器产生的均方根电压等于探测器本身 均方根噪声电压的辐射功率，即
NEP EAd
Vn
Vs
或是 NEP EAdVn Vs
式中Vn是探测器输出噪声电压的均方根值，它表示了信号与噪 声的关系，当NEP>1，表示信号大于噪声。
3、等效噪声温度差NE△T
第四章 气象卫星资料的接收和处理
当前 卫星 观测 地球 -大 气采 用的 观测 方式
主动 观测 方式
重量重 耗能大
被动 体积小 观测 重量轻 方式 耗能小
气象雷达
非 扫
照相机
描 摄象机
仪
扫 成像辐射仪 描 非成像辐射仪 仪 成像非成像
第一节 卫星观测仪器的基本特征 一、卫星仪器的组成
扫描仪 光学系统 探测器 信号处理和信号输出系统
辐射信息 采集系统
辐射信息收 集转递系统
辐射（光） 电转换系统
电信号处理 和发送系统
扫描 观测 驱动 装置
辐射能收 集的光学 系统，包 括：光栅 ，聚焦装 置等
感应辐射 能，并将 辐射能转 换为电信 号。分量 子、热探 测器两种
对探测 器信号 进行放 大、模 /数转 换等处 理
将处理 好的信 号发送 给天线 或记录 到存储 设备中
个相临目标物的最小反照率差值或温度差称之为灰度分辨率或温 度分辨率。
对于红外波段，通常用等效噪声温度差（NE△T）表示。 如果两个相临瞬时视场的温度差越大，则越容易区分它们， 如卷云、积雨云与地面。
红外云图的分辨率还与目标物的温度有关，如目标物的
温度为300k时，NE△T0.3k，而当目标物的温度为185k时